CN112746339A - 一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法，涉及纤维膜制备领域，包括包括第一储液箱、第一液体泵、第二储液箱、第二液体泵、第三储液箱、第三液体泵、分流体、喷头、收集板、运动平台、高压静电发生器。改变喷头出口处的溶液流速、浓度，使每个喷头的喷射条件出现差异，通过运动平台的往复运动使各种粗细纤维交叠沉积，高效率地批量生产低过滤阻力纤维膜。本技术方案工序简单，制备效率高，节约成本，通过喷头的阵列组合可以实现大批量自动化生产。以解决现有技术中纤维膜表面品质不佳、生产效率低、无法批量化生产等问题。

Description

一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维膜制备领域，具体是一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法。

背景技术

静电纺丝技术(简称电纺)是一种制造纳米级聚合物细丝的方法之一。静电纺丝技术可以归纳为：利用高压静电场使聚合物溶液在喷头末端形成泰勒锥，泰勒锥锥尖的溶液受高压静电场的作用，从锥尖喷射并形成射流，射流在电场力的作用下进一步被拉伸成细丝，最后在收集装置上沉积成无纺布纤维膜。

低过滤阻力纤维膜可以降低过滤力，提高过滤效率，在过滤领域具有广泛应用。如何快速制备低过滤阻力纤维膜一直是行业研究热点。中国专利CN105536352A利用电纺技术，加快溶剂挥发来制备纤维多孔结构，最后降低过滤阻力，但是此种方法生产的纤维表面缺陷较多，质量不佳，也无法大批量生产。

为解决上述问题，本发明提供一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明提供一种低过滤阻力纤维膜电纺装置及其制备方法，以解决现有技术中纤维膜表面品质不佳、生产效率低、无法批量化生产等问题。

(二)技术方案

一种低过滤阻力纤维膜电纺装置包括第一储液箱、第一液体泵、第二储液箱、第二液体泵、第三储液箱、第三液体泵、分流体、喷头、收集板、运动平台、高压静电发生器。

第一储液箱、第一液体泵与分流体内的第一分流腔连通。第一液体泵将第一储液箱中的第一溶液泵入分流体内部，进入第一分流腔，缓冲、分流后第一溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第一喷头，右侧流道的溶液进入第一混合腔。第二储液箱、第二液体泵与第一混合腔连通，第二溶液由第二液体泵泵入第一混合腔，第一溶液、第二溶液在第一混合腔内充分混合后，流入第二分流腔，由第二分流腔进行分流、缓冲，溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第二喷头，右侧流道的溶液进入第二混合腔。第三储液箱、第三液体泵与第二混合腔连通，第三溶液由第三液体泵泵入第二混合腔，第三溶液、第二分流腔分流出的溶液在第二混合腔内充分混合后，流入第三分流腔，由第三分流腔进行分流、缓冲，溶液由进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第三喷头，右侧流道的溶液进入第四喷头。第一喷头、第二喷头、第三喷头、第四喷头均与高压静电发生器电性连接，收集板接地，溶液在电场力拉伸作用下形成泰勒锥，并以射流形式向收集板喷射，纤维沉积在收集板。收集板下方设有运动平台，运动平台带动收集板移动。

所述的第一喷头、第二喷头、第三喷头及第四喷头由导电材料制成，内径范围20μm～2000μm。

所述的分流体内流道直径范围100μm～3000μm。

所述的第二液体泵、第三液体泵的供液速度小于第一液体泵的供液速度。

所述的液体泵流量范围为0.1ml/hr～10ml/hr。

一种上述低过滤阻力纤维膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)组装部件，收集板与喷头的间距1cm～15cm；

2)设定第一液体泵、第二液体泵、第三液体泵的供液速度，各喷头得到稳定供液；

3)设定高压静电发生器，输出电压值1kV～20kV，各喷头开始出现射流；

4)设定运动平台，运动平台带动收集板按照设定运动轨迹移动；

5)喷头处不同粗细的射流射向收集板，最终堆积形成低过滤阻力纤维膜。

(三)有益效果

改变喷头出口处的溶液流速、浓度，使每个喷头的喷射条件出现差异，通过运动平台的往复运动使各种粗细纤维交叠沉积，高效率地批量生产低过滤阻力纤维膜。本技术方案工序简单，制备效率高，节约成本，通过喷头的阵列组合可以实现大批量自动化生产。

附图说明

图1为整体结构示意图；

图2为实施例1的分流体结构示意图；

图3为实施例1的工作示意图；

图4为实施例2的喷头阵列示意图。

图中1.第一储液箱，2.第一液体泵，3.第二储液箱，4.第二液体泵，5.第三液体泵，6.第三储液箱，7.分流体，8.收集板，9.运动平台，10.射流，11.喷头，12.高压静电发生器，111.第一喷头，112 第二喷头，113.第三喷头，114.第四喷头，131.第一分流腔，132.第二分流腔，133.第三分流腔，141.第一混合腔，142.第二混合腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。

实施例1

如图1、图2、图3所示。

第一储液箱1、第一液体泵2与分流体7内的第一分流腔131连通。第一液体泵2将第一储液箱1中的第一溶液泵入分流体7内部，进入第一分流腔131，缓冲、分流后第一溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第一喷头111，右侧流道的溶液进入第一混合腔141。

第二储液箱3、第二液体泵4与第一混合腔141连通，第二溶液由第二液体泵4泵入第一混合腔141，第一溶液、第二溶液在第一混合腔141内充分混合后，流入第二分流腔132，由第二分流腔132进行分流、缓冲，溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第二喷头112，右侧流道的溶液进入第二混合腔142。

第三储液箱6、第三液体泵5与第二混合腔142连通，第三溶液由第三液体泵5泵入第二混合腔142，第三溶液、第二分流腔132的溶液在第二混合腔142内充分混合后，流入第三分流腔133，由第三分流腔133进行分流、缓冲，溶液由进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第三喷头113，右侧流道的溶液进入第四喷头114。

第一喷头111、第二喷头112、第三喷头113、第四喷头114由导电材料制成，与高压静电发生器12电性连接，收集板8接地，因此喷头11与收集板8之间形成高压静电场，溶液在电场力拉伸作用下形成泰勒锥，并以射流10形式向收集板8喷射，纤维沉积在收集板8。

第一溶液、第二溶液、第三溶液为同一种溶液，第一溶液的浓度小于第二溶液的浓度，第二溶液的浓度小于第三溶液的浓度。第一喷头111泵出的溶液为第一溶液；第二喷头112泵出的溶液为第一溶液和第二溶液的混合溶液；第三喷头113泵出的溶液为第一溶液、第二溶液、第三溶液的混合溶液；第四喷头114泵出的溶液为第一溶液、第二溶液、第三溶液的混合溶液。因此，第一喷头111的溶液浓度小于第二喷头112的溶液浓度，第二喷头112的溶液浓度小于第三喷头113的溶液浓度，第三喷头113的溶液浓度与第四喷头114的溶液浓度相同。

分流体7中各流道的内径相同，溶液每经过分流腔进入下一流道，其流速减小，小于分流前流速。第一喷头111的溶液经过一次分流，流速最大；第二喷头112的溶液经过两次分流，流速次之；第三喷头113、第四喷头114的溶液经过三次分流，流速最小。

第二液体泵4、第三液体泵5的供液速度小于第一液体泵2的供液速度。分流体7的泵入动力源主要由第一液体泵2提供。第二液体泵4的主要作用是将第二溶液泵入到第一混合腔141，不对整个分流体7其他流道提供流动压力。第三液体泵5的主要作用是将第三溶液泵入到第二混合腔142，不对整个分流体7其他流道提供流动压力。

喷头的溶液流速、浓度不相同，导致射流的喷射条件各异，所以收集板8上沉积的纤维直径、表面形貌各异。收集板8下方设有运动平台9，运动平台9带动收集板8移动，使每个喷头可以机会均等地喷射在收集板8各处，纤维均匀、平均地沉积在收集板8各处，堆积形成纤维膜，最终堆积形成不同粗细且连续的低过滤阻力纤维膜。

实施例2

本实施例采用图4所示的分流体7，由四组实施例1所述分流体7组成，四组同时喷射，可以提高生产效率。

第一储液箱1、第一液体泵2同时对四组所有的第一分流腔131供液。第二储液箱3、第二液体泵4同时对四组所有的第一混合腔141供液。第三储液箱6、第三液体泵4同时对四组所有的第二混合腔142供液。

实施例3

在实施例1的基础上，在第一分流腔分出三条流道，一条流道连接第一喷头(1个)，另外两条流道均连通各自第一混合腔(2个)，而每个第二分流腔也分出三条流道，一条流道连接第二喷头(2个)，另外两条流道均连通第二混合腔(4个)，每个第二混合腔分为三条流道，一条连接第三喷头(4个)，另外两条流道连接第四喷头(8个)。

第一储液箱、第一液体泵同时对第一分流腔供液。第二储液箱、第二液体泵同时对第一混合腔供液。第三储液箱、第三液体泵同时对第二混合腔供液。

因此，本实施例设有1个第一喷头、2个第二喷头、4个第三喷头以及8个第四喷头，通过喷头的阵列组合，提高生产效率。

实施例4

装置与实施例1一致，区别在于，第一溶液的浓度小于第二溶液的浓度，第二溶液的浓度等于第三溶液的浓度。

实施例5

本发明还提出了一种上述低过滤阻力纤维膜的制备方法，以实施例1提供的装置为例，喷头内径210μm，第一溶液为浓度8％PEO溶液，第二溶液为浓度10％PEO溶液，第三溶液为浓度12％PEO溶液，溶质均为PEO，溶剂为酒精和蒸馏水(体积比为1∶1)。

该方法包括以下步骤：

1)组装部件，收集板8与喷头的间距15cm；

2)设定第一液体泵2的供液速度为2ml/hr，第二液体泵4的供液速度为0.5ml/hr，第三液体泵5的供液速度为0.2ml/hr，各喷头得到稳定供液；

3)设定高压静电发生器12，令输出电压值20kV，各喷头开始出现射流10；

4)设定运动平台9，运动平台9带动收集板8按照设定运动轨迹移动，具体为，该运动平台9的X轴方向上以40cm/min的速度往返运动，当X轴返回运行到该轴的终端时，平台向Y轴方向运行40um，保证电纺纤维膜的均匀性；

5)喷头处不同粗细的射流射向收集板8，最终堆积形成低过滤阻力纤维膜，具体为，直径范围为50nm至10μm的粗细纤维互相重叠、穿插所形成的低过滤阻力PEO纤维过滤膜。

Claims (6)

1.一种低过滤阻力纤维膜电纺装置，其特征在于：包括第一储液箱、第一液体泵、第二储液箱、第二液体泵、第三储液箱、第三液体泵、分流体、喷头、收集板、运动平台、高压静电发生器；第一储液箱、第一液体泵与分流体内的第一分流腔连通，第一液体泵将第一储液箱中的第一溶液泵入分流体内部，进入第一分流腔，缓冲、分流后第一溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第一喷头，右侧流道的溶液进入第一混合腔，第二储液箱、第二液体泵与第一混合腔连通，第二溶液由第二液体泵泵入第一混合腔，第一溶液、第二溶液在第一混合腔内充分混合后，流入第二分流腔，由第二分流腔进行分流、缓冲，溶液进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第二喷头，右侧流道的溶液进入第二混合腔，第三储液箱、第三液体泵与第二混合腔连通，第三溶液由第三液体泵泵入第二混合腔，第三溶液、第二分流腔分流出的溶液在第二混合腔内充分混合后，流入第三分流腔，由第三分流腔进行分流、缓冲，溶液由进入左右两侧的流道，左侧流道的溶液通往第三喷头，右侧流道的溶液进入第四喷头，第一喷头、第二喷头、第三喷头、第四喷头均与高压静电发生器电性连接，收集板接地，溶液在电场力拉伸作用下形成泰勒锥，并以射流形式向收集板喷射，纤维沉积在收集板，收集板下方设有运动平台，运动平台带动收集板移动。

2.根据权利要求1所述的一种低过滤阻力纤维膜电纺装置，其特征在于：第一喷头、第二喷头、第三喷头及第四喷头由导电材料制成，内径范围20μm～2000μm。

3.根据权利要求1所述的一种低过滤阻力纤维膜电纺装置，其特征在于：分流体内流道直径范围100μm～3000μm。

4.根据权利要求1所述的一种低过滤阻力纤维膜电纺装置，其特征在于：第二液体泵的供液速度小于第一液体泵的供液速度，第三液体泵的供液速度小于第一液体泵的供液速度。

5.根据权利要求1所述的一种低过滤阻力纤维膜电纺装置，其特征在于：液体泵流量范围为0.1ml/hr～10ml/hr。

6.一种低过滤阻力纤维膜制备方法，该方法运用于上述权利要求1至5任一设备中，其特征在于：

1)组装部件，收集板与喷头的间距1cm～15cm；

2)设定第一液体泵、第二液体泵、第三液体泵的供液速度，各喷头得到稳定供液；

3)设定高压静电发生器，输出电压值1kV～20kV，各喷头开始出现射流；

4)设定运动平台，运动平台带动收集板按照设定运动轨迹移动；

5)喷头处不同粗细的射流射向收集板，最终堆积形成低过滤阻力纤维膜。

Images